近日，《科學(xué)通報(bào)》(Science Bulletin)發(fā)表的封面文章《熱液體系中發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳》，介紹了中國科學(xué)院海洋研究所閻軍和孫衛(wèi)東課題組合作，首次在熱液系統(tǒng)觀測到自然狀態(tài)下超臨界二氧化碳流體的噴發(fā)。此次觀測到的超臨界二氧化碳中含有大量氮?dú)夂陀袡C(jī)組分，為生命起源以及初始有機(jī)質(zhì)的形成提供了新的啟示。
據(jù)介紹，在我國大科學(xué)工程“科學(xué)”號科考船2016年的深海熱液航次中，研究人員利用“發(fā)現(xiàn)”號深海ROV機(jī)器人上搭載的我國自主研發(fā)的深海激光拉曼光譜原位探測系統(tǒng)(RiP)，在深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)了具有超臨界二氧化碳流體噴發(fā)的熱液噴口，利用自主研發(fā)的深海熱液溫度探針測定了超臨界二氧化碳噴口溫度約為95℃，進(jìn)而使用RiP探針直接在深海原位探測了噴發(fā)狀態(tài)的超臨界二氧化碳流體，發(fā)現(xiàn)深海超臨界二氧化碳拉曼譜峰在頻移、半峰寬等光譜參數(shù)上與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬獲得的超臨界二氧化碳完全一致。
同時(shí)，原位超臨界二氧化碳拉曼光譜中不僅含有甲烷、硫化氫、硫酸根等組分的拉曼特征峰，還含有大量的氮?dú)庖约岸鄠€(gè)未知組分的拉曼峰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周圍海水。雖然單從拉曼光譜信息上很難確定未知峰對應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，但是拉曼特征峰的峰位可以反映化學(xué)鍵的信息。對拉曼特征峰的歸屬證明深海熱液區(qū)噴發(fā)的超臨界二氧化碳流體中很可能含有大量有機(jī)物質(zhì)。考慮到超臨界二氧化碳在甲酸、氨基酸等有機(jī)合成中的重要作用，推測這些未知的有機(jī)物很有可能與氨基酸合成相關(guān)。
“在深海熱液區(qū)觀測到自然狀態(tài)下的超臨界二氧化碳流體，對于探索地球生命起源具有重要的啟示作用。”中國科學(xué)院海洋研究所研究員張鑫介紹說，地球生命起源與初始有機(jī)質(zhì)形成一直廣受關(guān)注。生物學(xué)研究表明，超嗜熱菌很可能是地球上生命的共同祖先，因此熱液系統(tǒng)一直被認(rèn)為與生命起源密切相關(guān)。但是熱液流體中缺少合成氨基酸的關(guān)鍵元素——氮，這是早期生命起源于熱液假說最致命的問題。而此次在深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)的超臨界二氧化碳流體大量富集氮?dú)猓窃缙诘厍驈臒o機(jī)到有機(jī)的過程的絕佳反應(yīng)介質(zhì)。
